【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 其是在單紅 LED條屏，以及偽彩色 LED顯示屏中的到了大量的應(yīng)用。無(wú)論是組模屏還是直插屏，在實(shí)際生產(chǎn)中一般將其以 64 32點(diǎn)陣為單位做成單元板，并加上驅(qū)動(dòng)電路 ，留出標(biāo)準(zhǔn)化接口（ 08接口或 12接口），方便連接控制卡以及級(jí)聯(lián)成更大的屏幕。本課題中使用的控制對(duì)象是組模屏，由兩塊雙色 96 32點(diǎn)陣模塊級(jí)聯(lián)而成。 C. 按 LED顯示屏 的使用環(huán)境分類，可分為： 室內(nèi)顯示 屏 、半戶外顯示屏、戶外顯示屏。室內(nèi)屏 發(fā)光點(diǎn) 直徑 較小，一般 為 3mm8mm， 發(fā)光點(diǎn)間距也不大，顯示面積一般 為 零點(diǎn)幾至十幾平方米 。室內(nèi)屏由于對(duì)顯示亮度要求不高，所以控制上一般以 1/16掃描為主。半戶外屏一般以單紅條屏為主，主要置于商鋪屋檐下，用于顯示店鋪信息。半戶外屏對(duì)防水、防風(fēng)、防腐蝕有一定的要求，顯示亮度要求也較高 ，一般采用 1/16掃描或 1/8掃描。戶外屏 面積一般幾十平方米至幾百平方米，亮度高，可在陽(yáng)光下工作，具有防風(fēng)、防雨、防水功能 。 發(fā)光點(diǎn)直徑 一般為基于 AVR 單片機(jī)的雙色 LED 顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 10mm26mm，為保證亮度，常采用 1/4掃描或 1/8掃描方式控制。本課題中使用的控制對(duì)象為室內(nèi)屏，發(fā)光點(diǎn)間距為 ，采用 1/16掃描方式。 LED 顯示屏顯示原理及驅(qū)動(dòng)方式 LED 顯示屏顯示原理 LED 顯示屏的 顯示 原理與 LED8 段數(shù)碼管的顯示原理類似， 有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種。 靜態(tài)顯示原理簡(jiǎn)單 ，就是通過(guò)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)需要獨(dú)立控制 LED 顯 示屏中每一個(gè)發(fā)光點(diǎn)的亮滅，從而實(shí)現(xiàn)顯示文字、圖形的目的。靜態(tài)顯示控制容易，亮度高，不閃爍，但靜態(tài)顯示 硬件接線 極為 復(fù)雜， 每個(gè) LED 發(fā)光點(diǎn)都需要一個(gè)控制端，占用控制端口較多。 動(dòng)態(tài)顯示 采用 了掃描驅(qū)動(dòng) 的 方式 工作， 由峰值較大的窄脈沖電壓 驅(qū)動(dòng) ，從上到下逐次不斷地對(duì)顯示屏的各行進(jìn)行選通，同時(shí)又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號(hào)，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。 LED 顯示屏顯示控制系統(tǒng)中 絕大部分是采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺(jué)暫留特性。將連續(xù)的 行 畫(huà)面高速的循環(huán)顯示，只要行掃 描 高于 55Hz(約 18ms)，人眼看起來(lái)就是一個(gè)完整的，相對(duì)靜止的畫(huà)面。動(dòng)態(tài)顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號(hào)線數(shù)量， 節(jié)省 了 驅(qū)動(dòng)器，簡(jiǎn)化 了 電路。下面以 88 單色 LED 模塊為例，說(shuō)明一下 動(dòng)態(tài)顯示的控制方法和過(guò)程 。 圖 21 88 LED 模塊內(nèi)部電路 在圖 21 中 紅色水平線 Y0、 Y1……Y7 叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽(yáng)極，每一行 8 個(gè) LED 的陽(yáng)極都接在本行的行線上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍(lán)色豎直線 X0、 X1……X7 叫做列線， 分別接 每列 8 個(gè) LED 的陰極，相鄰兩列線間絕緣。 這時(shí) 若在某行線上施加高電平（用 “1”表示），在某列線上施加低電平（用 “0”表示）。則行線和列線的交叉點(diǎn)處的 LED 就會(huì)有電流流過(guò)而發(fā)光。比如，Y7 為 1， X0 為 0,則右下角的 LED 點(diǎn)亮。再如 Y0 為 1， X0 到 X7 均為 0，則最上面一行 8 個(gè) LED 全點(diǎn)亮。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2020） 5 現(xiàn) 假設(shè) X,Y 為兩個(gè) 8 位寬的字節(jié)型數(shù)據(jù)， X 的每位對(duì)應(yīng) LED 模塊的 8 根列線 X7X0，同樣 Y 的每位對(duì)應(yīng) LED 模塊的 8 根行線 Y7Y0。 Y 叫行掃描線，行掃描線在每個(gè)時(shí)刻只有一根線為 “1”即有效行選通電平， X 叫列數(shù)據(jù)線，其內(nèi)容就是 LED 顯示屏的顯示數(shù)據(jù) 。 如果按照合適的時(shí)間間隔，在 X,Y 上分別輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù) ，如圖 22 所示。只要間隔時(shí)間夠短， 由于視覺(jué)暫留 ， LED 顯示屏上將呈現(xiàn)出一個(gè)完整的 圖形“ B”， 這就是動(dòng)態(tài)掃描的原理。 圖 22 用動(dòng)態(tài)掃描顯示字符 “ B” 的過(guò)程 在 實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，行線通常不止 8 位， 如 果 N 行 LED 共用一列數(shù)據(jù)， 就稱其為 1/N 掃描方式， N 常取 16。 上面所演示的動(dòng)態(tài)顯示過(guò)程采用了 1/8的掃描方式。 N 越小，掃描的速度越快，顯示越亮，閃爍越不明顯。當(dāng) N 為一時(shí)，就變成了靜態(tài)顯示方式。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的 LED 顯示屏， 一般室內(nèi)屏采用 1/16掃描方式 ， 戶外屏采用 1/4 掃描方式。本項(xiàng)目所 使 用的 LED 顯示 屏采用 1/16 掃描方式。 LED 顯示屏驅(qū)動(dòng)方式 LED 顯示屏的驅(qū)動(dòng)方式有串行控制驅(qū)動(dòng)、并行控制驅(qū)動(dòng)和集成專用芯片驅(qū)動(dòng)三種。所謂串行控制驅(qū)動(dòng)方式，就是將顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)串行方式送入點(diǎn)（列）驅(qū)動(dòng)電路。 而并行控制驅(qū)動(dòng)方式就是顯示的數(shù)據(jù)是通過(guò)并行方式送入點(diǎn)（列）驅(qū)動(dòng)電路的，每送入一個(gè)字節(jié)就完成一個(gè)模塊的單行數(shù)據(jù)輸入。集成專用芯片驅(qū)動(dòng)使用了專門的控制芯片，類似液晶屏上的控制器，使用更為簡(jiǎn)單高效。由于成本問(wèn)題， 現(xiàn)在市面上的 LED 顯示屏多以串行驅(qū)動(dòng)方式為主，本項(xiàng)目使用的 LED 顯示屏就是采用的串行控制方式。所以下 面具體介紹下串行控制驅(qū)動(dòng)方式。 串行控制驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)是相鄰顯示模塊之間的線路連接簡(jiǎn)單，這給印刷電路板的設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便，同時(shí)也降低了印刷電路板的布線密度，從而為生產(chǎn)和調(diào)試帶來(lái)了有利得一面，當(dāng)然，單元模塊的可靠性也相應(yīng)提高了。串行控制驅(qū)動(dòng)方式可選用的芯片有： MC409 74HC59 74LS595 等等。但是由于其驅(qū)動(dòng)能力有限，只能驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)光二極管，在實(shí)際使用過(guò)程中只用于列驅(qū)動(dòng)電路，而使用基于 AVR 單片機(jī)的雙色 LED 顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 功率驅(qū)動(dòng)芯片作為行驅(qū)動(dòng)。以前多采用 TIP127+(ULN2803+74HC595)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，現(xiàn)在普遍采用 4953+74HC595 作為驅(qū)動(dòng)。本課題所使用的 LED 顯示屏就是采用4953+74HC595 作為驅(qū)動(dòng)，電路如 圖 23 所示。 7 4 H C 5 9 54 9 5 3功 率 驅(qū) 動(dòng) 圖 23 LED 顯示屏串行控制電路 行的邏輯控制可選用三 八譯碼方式，直接行線控制由于占用 CPU 的 I/O 口資源較多，一般不采用。對(duì)于 1/16 掃描方式的 LED 顯示屏，一般采用兩片74HC138 構(gòu)成四 十六譯碼器的方式或直接使用 74HC154 芯片。在應(yīng)用串行控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，盡管串行移位芯片具有級(jí)聯(lián)功能，但設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮時(shí)鐘信號(hào)、鎖存信號(hào)、行控制 信號(hào)的級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題?？紤]到每個(gè)信號(hào)的傳輸延遲，為保證控制時(shí)序的正確運(yùn)行，一般在信號(hào)接口后面接 74HC245 芯片，以增強(qiáng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力。 LED 顯示屏 單元板結(jié)構(gòu)及其電路介紹 LED 顯示屏單元板的基本結(jié)構(gòu) 8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模8 8組 模4 5 m m1 5 m m 24 Φ 雙色 192 32 點(diǎn)陣 LED 單元板模塊排列 示意圖 LED 單元板的基本組成單位是 8 8 LED 模塊，一般采用 8 4 的排列方式，即高四塊，長(zhǎng) 8 塊， 64 32 點(diǎn)陣大小 。 本課題采用的是 96 32 點(diǎn)陣大小的 LED單元板， 故 采用的是 12 4 的排列方式， 單元板上 LED 模塊的排列示意圖如圖24 所示 。 由于 LED 顯示屏最終是用很多塊這樣的單元板拼接而成的，所以在單元板兩端分別預(yù)留級(jí)聯(lián)接口。最初這種接口為 20 針插座，現(xiàn)在都改為 16 針插座，一鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2020） 7 般有 08 接口和 12 接口，具體引腳定義如 圖 25 所示。 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1612 接口1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1608 接口ABCDG1G2R1R20ERCKSCKOE ABCDSCKRCKR1G1GNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGND 圖 25 0 12 接口示意圖 其中 A、 B、 C、 D 為行掃描信號(hào)線，決定 16 行中的哪一行點(diǎn)亮。 R R2 為紅色 LED 列數(shù)據(jù)線。 G G2 為綠色 LED 列數(shù)據(jù)線。 SCK 為 74HC595 串行數(shù)據(jù)移位信號(hào)，上升沿將數(shù)據(jù)鎖存入驅(qū)動(dòng)模塊中的串行寄存器。 RCK 為 74HC595 數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，上升沿將串行數(shù)據(jù)鎖存入并行寄存器，同時(shí)屏體顯示更新。 OE 為74HC138 片選信號(hào)線，有效時(shí)屏體點(diǎn)亮，無(wú)效時(shí)屏體熄滅。本課題所使用的 LED顯示屏為兩塊 08 接口的 96 32 點(diǎn)陣 LED 單元板級(jí)聯(lián)而成。 LED 單元板上的元件及其電路介紹 LED 單元板 除了 LED 模塊外，還有印刷電路板和電子元件兩部分。以本次課題所使用到的 96 32 點(diǎn)陣 LED 單元板為例，其電路板上除了 48 塊 8 8LED模塊外， 共有 48 片 74HC595 ， 4 片 74HC138 ， 4 片 74HC245，以及 16 片 4953。其電路結(jié)構(gòu)圖如 圖 26 所示。 顯 示 點(diǎn) 陣 （ 上 半 屏 ）9 6 1 6 點(diǎn) 陣顯 示 點(diǎn) 陣 （ 下 半 屏 ）9 6 1 6 點(diǎn) 陣行 驅(qū) 動(dòng)（ 4 9 5 3 8 ）行 驅(qū) 動(dòng)（ 4 9 5 3 8 ）譯 碼 電 路7 4 H C 1 3 8 A譯 碼 電 路7 4 H C 1 3 8 B信 號(hào) 驅(qū) 動(dòng) 電 路7 4 H C 2 4 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 5 7 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 5 7 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 57 4 H C 5 9 5 7 4 H C 5 9 5 7 4 H C 5 9 5G N DG N DG N DG N DR 1R 2G N DO EABR C KS C KG 1G 2CD0 8 接 口 （ i n ）G N DG N DG N DG N DR 1R 2G N DO EABR C KS C KG 1G 2CD0 8 接 口 （ o u t ）ABCDG 2R 2G 1R 1R C KS C KO EL 0L 1L 1 5L 0L 1L 1 5R C kS C KR 1G 1R C kS C KR 2G 2圖 26 雙色 96 32LED 顯示屏單元板結(jié)構(gòu)框圖 每塊單元板之間通過(guò) 08 接口用數(shù)據(jù)線連接起來(lái)，而數(shù)據(jù)和控制信號(hào)由控制卡從第一塊單元板的輸入接口送入。為了防止數(shù)據(jù)線過(guò)長(zhǎng)，信號(hào)衰減，在 08 接口后面加入一片增強(qiáng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力的芯片 74HC245。所有信號(hào)經(jīng)過(guò)再次驅(qū)動(dòng)后，基于 AVR 單片機(jī)的雙色 LED 顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 分為兩部分進(jìn)入控制電路： RCK、 SCK、 R R G G2 進(jìn)入列數(shù)據(jù)電路； A、B、 C、 D、 OE 進(jìn)入掃描電路。最后所有信號(hào)匯入輸出 08 接口端，以供級(jí)聯(lián) 的下一個(gè)單元板級(jí)聯(lián)使用。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2020） 9 3 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 近年來(lái)， LED 顯示屏的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，越來(lái)越多的人都在關(guān)注 LED顯示屏控制系統(tǒng)的研制。市場(chǎng)上的 LED 顯示屏控制器也是種類繁多，采用了很多種不同的設(shè)計(jì)方案。這些方案中要么是售價(jià)便宜但控制顯示的字?jǐn)?shù)有限，要么是顯示控制性能很好，但售價(jià)過(guò)高，而性價(jià)比高的控制 器 并不多。本課題就是在這種背景下提出的，針對(duì) LED 條屏異步控制系統(tǒng)，通過(guò)使用性價(jià)比極高的 AVR單片機(jī)作為主控芯片，設(shè)計(jì)出了一種高性價(jià)比且能支持更多字?jǐn)?shù)顯示的 LED 條屏控制 器 。該控制 器 采 用 ATmega16+74HC165 的解決方案，配合 相應(yīng)的上位機(jī)軟件，可以滿足以下要求： A. 可以至少實(shí)現(xiàn) 192